TESIS. Oleh SUFRIADY /FIS PROGRAM STUDI MAGISTER FISIKA FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2010

Transkripsi

1 PEMANFAATAN LIMBAH DEBU TERBANG BATUBARA (FLY ASH), KULIT KERANG, DAN BATU APUNG (PUMICE) SEBAGAI BAHAN SUBSTITUSI SEMEN DAN PASIR DALAM PEMBUATAN BATAKO TESIS Oleh SUFRIADY /FIS PROGRAM STUDI MAGISTER FISIKA FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2010

2 PEMANFAATAN LIMBAH DEBU TERBANG BATUBARA (FLY ASH), KULIT KERANG, DAN BATU APUNG (PUMICE) SEBAGAI BAHAN SUBSTITUSI SEMEN DAN PASIR DALAM PEMBUATAN BATAKO TESIS Oleh SUFRIADY /FIS PROGRAM STUDI MAGISTER FISIKA FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2010

3 PEMANFAATAN LIMBAH DEBU TERBANG BATUBARA (FLY ASH), KULIT KERANG, DAN BATU APUNG (PUMICE) SEBAGAI BAHAN SUBSTITUSI SEMEN DAN PASIR DALAM PEMBUATAN BATAKO TESIS Diajukan sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Magíster Sains dalam Program Studi Magister Fisika pada Program Pascasarjana Fakultas MIPA Oleh SUFRIADY /FIS PROGRAM MAGISTER FISIKA FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2010

4 PENGESAHAN TESIS Judul Tesis : PEMANFAATAN LIMBAH DEBU TERBANG BATUBARA (FLY ASH), KULIT KERANG, DAN BATU APUNG (PUMICE) SEBAGAI BAHAN SUBSTITUSI SEMEN DAN PASIR DALAM PEMBUATAN BATAKO Nama Mahasiswa : SUFRIADY Nomor Induk Mahasiswa : Program Studi : Magister Fisika Fakultas : Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Menyetujui Komisi Pembimbing Prof. Drs. Muhammad Syukur, M.S Ketua Dr. Anwar Dharma S, M.S Anggota Ketua Program Studi, D e k a n, (Prof. Dr. Eddy Marlianto, M.Sc) (Prof. Dr. Eddy Marlianto, M.Sc)

5 PERNYATAAN ORISINALITAS PEMANFAATAN LIMBAH DEBU TERBANG BATUBARA (FLY ASH), KULIT KERANG, DAN BATU APUNG (PUMICE) SEBAGAI BAHAN SUBSTITUSI SEMEN DAN PASIR DALAM PEMBUATAN BATAKO T E S I S Dengan ini saya nyatakan bahwa saya mengakui semua karya tesis ini adalah hasil kerja saya sendiri kecuali kutipan dan ringkasan yang tiap satunya telah dijelaskan sumbernya dengan benar. Medan, 7 Juni 2010 S U F R I A DY NIM

6 PERNYATAAN PERSETUJUAN PUBLIKASI KARYA ILMIAH UNTUK KEPENTINGAN AKADEMIS Sebagai sivitas akademika, saya yang bertanda tangan dibawah ini: N a m a : SUFRIADY N I M : Program Studi : Magister Fisika Jenis Karya Ilmiah : Tesis Demi pengembangan ilmu pengetahuan, menyetujui untuk memberikan kepada Hak Bebas Royalti Non-Eksklusif (Non-Exclusive Royalty Free Right) atas Tesis saya yang berjudul: PEMANFAATAN LIMBAH DEBU TERBANG BATUBARA (FLY ASH), KULIT KERANG, DAN BATU APUNG(PUMICE) SEBAGAI BAHAN SUBSTITUSI SEMEN DAN PASIR DALAM PEMBUATAN BATAKO Beserta perangkat yang ada (jika diperlukan). Dengan Hak Bebas Royalti Non- Ekslusif ini, berhak menyimpan, mengalih media, memformat, mengelola dalam bentuk data-base, merawat dan mempublikasikan Tesis saya tanpa meminta izin dari saya selama tetap mencantumkan nama saya sebagai penulis dan sebagai pemegang dan atau sebagai pemilik hak cipta. Demikian pernyataan ini dibuat dengan sebenarnya. Medan, 7 Juni 2010 S U F R I A D Y

7 Telah diuji pada Tanggal : 7 Juni 2010 PANITIA PENGUJI TESIS Ketua Anggota : Prof. Drs. Muhammad Syukur, M.S : 1. Dr. Anwar Dharma S, M.S 2. Prof. Dr. Eddy Marlianto, M.Sc 3. Dr. Marhaposan Situmorang 4. Drs. Tenang Ginting, M.S

8 RIWAYAT HIDUP DATA PRIBADI Nama Lengkap Berikut Gelar : Drs. Sufriady Tempat dan Tanggal Lahir : Kwala Bingai, 9 Mei 1968 Alamat Rumah : Jln. Trans Sumatera Martopotan, Langgapayung, Kecamatan Sungai Kanan, Kabupaten Labuhanbatu Selatan, Sumatera Utara. Telepon/Faks/HP : drs_sufriady@yahoo.co.id 2. drs.sufriady@gmail.com Blogg/Website Instansi Tempat Bekerja Alamat Kantor : : SMA Negeri 1 Rantau Selatan, Dinas Pendidikan Pemkab Labuhanbatu, Rantauprapat, Sumatera Utara. : Jln. K.H. Dewantara, Rantauprapat, Kabupaten Labuhanbatu, Sumatera Utara Telepon : (0624) Website : DATA PENDIDIKAN SD : SD Negeri No Kwala Bingai, Stabat, Kab. Langkat Tamat : 1981 SMP : SMP Negeri 1 Stabat, Kab. Langkat Tamat : 1984 SLTA : SMA Negeri 1 Stabat, Kab. Langkat Tamat : 1987 Strata-1 : Pend. Fisika IKIP Medan Tamat : 1992

9 KATA PENGANTAR Puji syukur kehadirat Allah SWT atas segala limpahan rahmat dan karunianya sehingga penulis telah dapat menyelesaikan tesis yang diberi judul Pemanfaatan Limbah Debu Terbang Batubara (Fly Ash), Kulit Kerang, dan Batu Apung (Pumice) sebagai Bahan Substitusi Semen dan Pasir dalam Pembuatan Batako. Penulis ucapkan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada Pemerintah Republik Indonesia c.q Pemerintah Provinsi Sumatera Utara dan Pemerintah Kabupaten Labuhanbatu yang telah memberikan bantuan dana serta izin sehingga penulis dapat mengikuti pendidikan Program Magister Sains pada Program Studi Magister Fisika. Pada kesempatan ini, perkenankanlah penulis mengucapkan terima kasih kepada : 1. Rektor Prof.Dr.dr.Syahril Pasaribu, DTMH, (CTM), Sp.Ak 2. Dekan Fakultas Matemátika dan Ilmu Pengetahuan Alam sekaligus sebagai Ketua Program Studi Magíster Fisika, Prof. Dr. Eddy Marlianto, M.Sc. 3. Sekretaris Program Studi Magister Fisika, Drs. Nasir Saleh, M.Eng.Sc. Terima kasih tak terhingga dan penghargaan setinggi tingginya penulis sampaikan kepada Bapak Prof. Drs. Muhammad Syukur,MS selaku Ketua Komisi Pembimbing dan Bapak Dr. Anwar Dharma Sembiring, MS selaku Anggota Komisi Pembimbing yang dengan penuh perhatian dan kesabaran telah menuntun, membimbing, dan memberikan dorongan hingga selesainya penelitian ini. Ucapan terima kasih yang tulus penulis sampaikan kepada orang tua, Ayahanda Tukidjo Edy dan Ibunda Painah, beserta istri tercinta Wahyuni, S.Pd, dan anak anakku terkasih yang senantiasa memberikan motivasi dengan penuh kesabaran dan kasih sayang, pengertian, dan pengorbanan baik moril maupun materil. Ucapan terima kasih juga penulis sampaikan kepada Kepala Sekolah (Drs.H.Abdul Manan Ritonga, SE, M.AP) dan seluruh staf dewan guru SMA Negeri 1 Rantau Selatan, Rantauprapat atas segala dukungan yang telah diberikan kepada penulis hingga dapat menyelesaikan pendidikan pada Program Magister Fisika. Semoga kita selalu diberi taufik dan hidayahnya dalam memanfaatkan segala ciptaannya bagi kesejahteraan umat manusia. Medan, Juni 2010 Sufriady

10 PEMANFAATAN LIMBAH DEBU TERBANG BATUBARA (FLY ASH), KULIT KERANG, DAN BATU APUNG (PUMICE) SEBAGAI BAHAN SUBSTITUSI SEMEN DAN PASIR DALAM PEMBUATAN BATAKO ABSTRAK Batako dalam penelitian ini dibuat dari campuran semen, debu terbang batubara (fly ash), kulit kerang, pasir, batu apung (pumice) dan air dengan faktor air semen 0,57. Tujuan penelitian adalah pemanfaatan limbah fly ash dan kulit kerang sebagai substitusi semen, serta pumice sebagai substitusi pasir. Komposisi sampel digunakan perbandingan matriks : Agregat = 1 : 4 (dalam % volume). Substitusi Semen-1 terdiri dari Fly Ash : Kulit Kerang = 1 : 1 dan Substitusi Semen-2 terdiri atas Fly Ash : Kulit Kerang = 2 : 1 (dalam perbandingan berat). Substitusi semen divariasi dari 0%, 5%, 10%, 15%, 20%, 25%, 30%, 35%, 40%, 45%, 50% pada Substitusi Pasir 20%. Substitusi Pasir divariasi 0%, 5%, 10%, 15%, 20%,25%,30%,35%,40%,45% dan 50% pada Substitusi Semen-2 20%. Substitusi Semen-2 divariasi dari 10%, 20%, 30%, 40%, dan 50% untuk variasi substitusi pasir 10%, 20%, 30%, 40%, dan 50%. Sampel uji dibentuk balok dengan ukuran 12 cm x 3 cm x 3 cm dan silinder dengan diameter 5,082 cm. Setelah pengeringan secara alami 28 hari ditemukan Kuat tekan maksimum 79,34 kgf/cm 2 (7,775 MPa) dan minimum 37,45 kgf/cm 2 (3,670 MPa), penyerapan air maksimum 18,73% dan minimum 10,03 %, densitas maksimum 1792 kg/m 3 dan minimum 1549 kg/m 3, kuat patah maksimum 1,960 MPa dan minimum 0,926 MPa, kuat impak maksimum 2,300 J/cm 2 (23000 J/m 2 ) dan minimum 0,744 J/cm 2 (7440 J/m 2 ) ; Batako yang dihasilkan tergolong type II, type III, dan type IV ; Pemakaian Substitusi Semen-1 pada Substitusi Pasir 20% menghasilkan kuat tekan lebih baik daripada pemakaian Substitusi Semen-2, dengan kuat tekan maksimum masingmasing yaitu 74,66 kgf/cm 2 (7,317 MPa) dan 72,69 kgf/cm 2 (7,123 MPa) terjadi pada saat Substitusi Semen 20% ; Jumlah semen yang dapat disubstitusi oleh Substitusi Semen-2 maksimum 50% bersamaan dengan pemakaian Substitusi Pasir 10% - 50% menghasilkan batako type III dan type IV; Pasir yang dapat disubstitusi oleh batu apung maksimum 50% bersamaan dengan pemakaian Substitusi Semen-2 dari 10% - 50% menghasilkan batako type II, type III, dan type IV. Kata kunci : Batako, semen, debu terbang batubara (fly ash), kulit kerang, batu apung (pumice), pasir.

11 THE UTILIZATION OF THE WASTE OF FLY ASH, CLAMSHELL, AND PUMICE AS SUBSTITUTION OF CEMENT AND SAND IN PRODUCING CONCRETE BRICKS ABSTRACT The concrete bricks in this research are produced from the mixture of cement, fly ash, clamshell, sand, pumice, and water with the water cement ratio 0,57. The purpose of this research is to determine the wastage of fly ash, clamshell that can be utilized as cement substitution and pumice as sand substitution. The matrix comparison aggregate = 1 : 4 (in % volume) is used by this concrete bricks. The substitution of cement-1 are fly ash : clamshell = 1 : 1 and the substitution of cement-2 are fly ash : clamshell = 2:1 (in ratio of weight). The substitution of cement is varied by 0%,5%, 10%,15%,20%, 25%, 30%, 35%,40%, 45%,50% in the substitution of sand 20%. The substitution of sand is varied by 0%,5%,10%, 15%,20%,25%,30%,35%,40%, 45%,50% while the substitution of cement-2 20%. The substitution of cement-2 is varied by 10%,20%, 30%,40%, 50% in the substitution of sand 10%,20%,30%, 40%,50%. The sample test is generated in orthogonal form with measurements 12 cm x 3 cm x 3 cm and in cylindrical with diameter 5,082 cm. After curing time in 28 days, the maximum of the compressive strength 79,34 kgf/cm 2 (7,775 MPa) and minimum 37,45 kgf/cm 2 (3,670 MPa), the maximum of water absorption 18,73% and minimum 10,03 %, maximum of density 1792 kg/m 3 and minimum 1549 kg/m 3, maximum of bending strength 1,960 MPa and minimum 0,926 MPa, maximum of impact strength 2,300 J/cm 2 (23000 J/m 2 ) and minimum 0,744 J/cm 2 (7440 J/m 2 ) are obtained; The category of concrete bricks are type II, type III and type IV; Concrete bricks with the substitution of cement-1 have more compressive strength compare to the concrete bricks with the substitution of cement-2 for the substitution of sand 20%, each of them has its maximum compressive strength of 74,66 kgf/cm 2 (7,317 M Pa) and 72,69 kgf/cm 2 (7,123 MPa) when the amount of cement substitution is 20% ; The amount of cement can be substituted by The substitution of cement-2 up to 50% in the use of sand substitution of 10% - 50% is produced the concrete bricks in type III and type IV ; The sand can be substituted up to 50% in the use of substitution of cement-2, 10% - 50%, has produced concrete bricks in type II, type III, and type IV. Keywords : Concrete bricks, Cement, Fly Ash, clamshell, pumice, sand

12 DAFTAR ISI Halaman KATA PENGANTAR... vii ABSTRAK... viii ABSTRACT... ix DAFTAR ISI... x DAFTAR TABEL... xii DAFTAR GAMBAR... xiii DAFTAR LAMPIRAN... xvi BAB I PENDAHULUAN 1.1 LATAR BELAKANG RUMUSAN MASALAH TUJUAN PENELITIAN MANFAAT PENELITIAN BATASAN MASALAH 5 BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1. DEBU TERBANG BATUBARA (FLY ASH) KULIT KERANG BATU APUNG (PUMICE) BATAKO SEMEN AGREGAT AIR KARAKTERISTIK BATAKO Sifat Fisis Sifat Mekanik Syarat Mutu Batako... 19

13 BAB III METODOLOGI PENELITIAN 3.1 TEMPAT dan WAKTU PENELITIAN Tempat Penelitian Waktu Penelitian ALAT dan BAHAN Alat Bahan PENYEDIAAN DEBU TERBANG BATUBARA (FLY ASH), KULIT KERANG, dan BATU APUNG (PUMICE) VARIABEL dan PARAMETER DIAGRAM ALIR PREPARASI SAMPEL BATAKO BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN 4.1 DENSITAS (DENSITY) PENYERAPAN AIR (WATER ABSORPTION) KUAT TEKAN (COMPRESSIV STRENGTH) KUAT PATAH (BENDING STRENGTH) KUAT IMPAK (IMPACT STRENGTH) 68 BAB V KESIMPULAN DAN SARAN 5.1 KESIMPULAN SARAN DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN... L-1

14 DAFTAR TABEL Nomor Tabel J u d u l Halaman 2.1 Komposisi Kimia Fly Ash (Debu Terbang Batubara) Limbah PLTU Labuhan Angin Tapanuli Tengah Jumlah dan Perkiraan Produksi Fly Ash dan Bottom Ash oleh PLTU di Indonesia Komposisi Kimia Serbuk Kulit Kerang Komposisi Kimia Batu Apung Persyaratan Fisik Batako PUBI Persyaratan Fisis Batako SNI Komposisi Sampel A Komposisi Sampel B Komposisi Sampel C Komposisi Sampel D, E, F, dan G... 30

15 DAFTAR GAMBAR Nomor Gambar J u d u l Halaman 2.1 Tumpukan Debu Terbang Batubara (Fly Ash) PLTU Labuhan Angin di Kabupaten Tapanuli Tengah Kulit Kerang Batu Apung (Pumice) Bentuk Batako Contoh Benda Uji Bending Strength Contoh Benda Uji Impak Diagram Alir Pembuatan Batako Hubungan Densitas terhadap Penambahan Substitusi Semen-1 pada Kondisi Substitusi Pasir Tetap 20% Hubungan Densitas terhadap Penambahan Substitusi Semen-2 pada Kondisi Substitusi Pasir Tetap 20% Perbandingan Densitas antara Batako yang Menggunakan Substitusi Semen-1 dengan Substitusi Semen-2 pada Substitusi Pasir Tetap 20% Hubungan Densitas terhadap Penambahan Substitusi Pasir pada Kondisi Substitusi Semen-2 Tetap 20% Hubungan Densitas terhadap Perubahan Substitusi Pasir untuk Substitusi Semen-2 Tetap Hubungan Densitas dengan Perubahan Jumlah Substitusi Semen-2 pada Kondisi Substitusi Pasir Tetap Hubungan Penyerapan Air terhadap Penambahan Substitusi Semen-1 pada Kondisi Substitusi Pasir Tetap 20% Hubungan Penyerapan Air terhadap Penambahan Substitusi Semen-2 pada Kondisi Substitusi Pasir Tetap 20%.. 41

16 4.9 Perbandingan Penyerapan Air terhadap Penambahan Substitusi Semen pada Kondisi Substitusi Pasir Tetap 20% Hubungan Penyerapan Air terhadap Penambahan Substitusi Pasir Pada Kondisi Substitusi Semen-2 Tetap 20% Hubungan Penyerapan Air dengan Perubahan Jumlah Substitusi Pasir pada Kondisi Substitusi Semen-2 Tetap Perbandingan Kenaikan Penyerapan Air Akibat Perubahan Substitusi Pasir pada Kondisi Substitusi Semen-2 Tetap Hubungan Penyerapan Air dengan Perubahan Jumlah Substitusi Semen-2 pada Kondisi Substitusi Pasir Tetap Perbandingan Kenaikan Penyerapan Air Akibat Perubahan Substitusi Semen-2 pada Kondisi Substitusi Pasir Tetap 10%, 20%, 30%, 40% dan 50% Hubungan Kuat Tekan terhadap Penambahan Substitusi Semen-1 pada Kondisi Substitusi Pasir Tetap 20% Hubungan Kuat Tekan terhadap Penambahan Substitusi Semen-2 pada Kondisi Substitusi Pasir Tetap 20% Perbandingan Kuat Tekan Batako antara Penggunaan Substitusi Semen-1 dengan Substitusi Semen-2 pada Kondisi Substitusi Pasir Tetap 20% Hubungan Kuat Tekan terhadap Penambahan Substitusi Pasir Pada Kondisi Substitusi Semen-2 Tetap 20% Hubungan Kuat Tekan terhadap Jumlah Penambahan Substitusi Pasir pada Kondisi Substitusi Semen-2 Tetap Hubungan Kuat Tekan terhadap Penambahan Substitusi Semen-2 pada Kondisi Substitusi Pasir Tetap Hubungan Kuat Patah dengan Variasi Semen-1 pada Substitusi Pasir 20% Hubungan Kuat Patah dengan Variasi Penggunaan Substitusi Semen-2 pada Kondisi Substitusi Pasir Tetap 20% Perbandingan Nilai Kuat Patah antara Batako yang Menggunakan Substitusi Semen-1 dengan Substitusi

17 Semen-2 pada Substitusi Pasir 20% Hubungan Kuat Patah Batako terhadap Variasi Penggunaan Substitusi Pasir pada Kondisi Substitusi Semen-2 20% Hubungan Kuat Patah terhadap Substitusi Pasir pada Kondisi Substitusi Semen-2 Tetap Hubungan Kuat Patah terhadap Substitusi Semen-2 pada Kondisi Substitusi Pasir Tetap Hubungan Kuat Impak terhadap Substitusi Semen-1 pada Kondisi Substitusi Pasir Tetap 20% Hubungan Kuat Impak terhadap Substitusi Semen-2 pada Kondisi Substitusi Pasir Tetap 20% Perbandingan Nilai Kuat Impak antara Batako yang Menggunakan Substitusi Semen-1 dengan Substitusi Semen-2 pada Substitusi Pasir 20% Hubungan Kuat Impak terhadap Substitusi Pasir pada Kondisi Substitusi Semen-2 Tetap 20% Hubungan Kuat Impak terhadap Substitusi Pasir pada Kondisi Substitusi Semen-2 Tetap Hubungan Kuat Impak terhadap Substitusi Semen-2 pada Kondisi Substitusi Pasir Tetap 73

18 DAFTAR LAMPIRAN Nomor Lampiran J u d u l Halaman A B C D E F KONVERSI KOMPOSISI SAMPEL DARI VOLUM KE MASSA... L-1 DATA HASIL PENGUKURAN DAN PERHITUNGAN DENSITAS... L-5 DATA HASIL PENGUKURAN DAN PERHITUNGAN PENYERAPAN AIR.. L-14 DATA HASIL PENGUKURAN DAN PERHITUNGAN KUAT TEKAN.. L-23 DATA HASIL PENGUKURAN DAN PERHITUNGAN KUAT PATAH L-32 DATA HASIL PENGUKURAN DAN PERHITUNGAN KUAT IMPAK L-41 G HASIL ANALISIS KOMPOSISI KIMIAWI FLY ASH... L-50 H SURAT KETERANGAN PENELITIAN... L-51 I FOTO ALAT / BAHAN / KEGIATAN PEMBUATAN DAN PENGUJIAN SAMPEL... L-52 xvii